(57)【要約】【課題】集電体の緻密化やずれによる集電体とセル、セパレータ相互の電気的な接続不良を防止することができ、良好な導通性を発揮する集電構造を有する固体酸化物形燃料電池スタックと、このようなスタックを備えた固体酸化物形燃料電池を提供する。【解決手段】セルと該セルを支持する支持部２ａを備えた複数のセル板２と、隣接するセル板２の電極２ｂ、２ｃを電気的に接続するセパレータ３及び集電体４とを交互積層するに際して、集電体４とセルの電極２ｂ、２ｃの間、集電体４とセパレータ３の間を、導電性ペーストから成る接着層５、６によって物理的に接合する。【選択図】図１
2006012453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルと該セルを支持する支持部を有する複数のセル板と、上記セルの電極同士を電気的に接続するセパレータ及び集電体を備えた固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、
上記集電体が上記セルの電極及び／又はセパレータに物理的に接合されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項２】
上記集電体が金属フェルトであることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項３】
上記集電体が上記セルの電極及び／又はセパレータに溶接によって接合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項４】
上記集電体が上記セルの電極及び／又はセパレータに接着剤によって接合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項５】
上記集電体が少なくともセルの電極に接合されており、上記接着剤が電極表面に網目状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項６】
上記集電体が少なくともセルの電極に接合されており、当該電極内に接着剤に含まれる少なくとも１種の成分が含まれていることを特徴とする請求項４又は５に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項７】
上記接着剤が導電性を有していることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１つの項にに記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項８】
上記集電体が上記セルの電極及び／又はセパレータに溶着層を介して接合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項９】
上記溶着層がＰｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ及びＮｉから成る群から選ばれた金属、又は上記群から選ばれた少なくとも１種の金属を含む合金であることを特徴とする請求項８に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項１０】
上記溶着層が酸化雰囲気においてその表面に酸化皮膜を形成する金属を含んでいることを特徴とする請求項８又は９に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項１１】
上記酸化皮膜が電子伝導性を有していることを特徴とする請求項１０に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項１２】
上記溶着層がめっきにより単層又は多層に形成されていることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１つの項に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項１３】
上記溶着層がＰＶＤ法により単層又は多層に形成されていることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１つの項に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項１４】
上記集電体が少なくともセルの電極に接合されており、溶着層が電極表面に網目状に形成されていることを特徴とする請求項８〜１３のいずれか１つの項に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項１５】
上記集電体が少なくともセルの電極に接合されており、当該電極内に溶着層に含まれる少なくとも１種の成分が含まれていることを特徴とする請求項８〜１４のいずれか１つの項に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１つの項に記載の燃料電池スタックを備えたことを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平行平板型の固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）に係わり、更に詳しくは平板型単セル間の通電を確実にし、温度変化等に起因する熱応力による変形などによる通電特性の低下を防止することができる集電構造を備えた固体酸化物形燃料電池スタックと、このような電池スタックから成る固体酸化物形燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば空気と水素をそれぞれ酸化剤ガスおよび燃料ガスとして使用し、燃料ガスが本来持っている化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する燃料電池が省資源、環境保護の観点から注目されており、特に、電解質材料として固体酸化物を用いた固体酸化物形燃料電池は、発電効率が高く、廃熱を有効に利用できるなど多くの利点を有するため研究、開発が進んでいる。
【０００３】
図１４は、従来の内部マニホールド方式の平板型固体酸化物形燃料電池を示すものである。なお、内部マニホールド方式とは、固体酸化物形燃料電池のセパレータ等に燃料ガスと酸化剤ガスのガスの給排気孔をそれぞれ設け、これらの孔から各平板型単電池の各電極面にそれぞれのガスを給排気するようにしたものを称している。
【０００４】
図に示す平板型固体酸化物形燃料電池１００は、イットリアなどをドープしたジルコニア焼結体（ＹＳＺ）から成る平板型固体電解質１０２の両面に、それぞれ（Ｌａ、Ｓｒ）ＭｎＯ３ から成る空気極１０４と、ＮｉＯ−ＹＳＺサーメットから成る燃料極１０６とを配置した平板型単電池１０８と、隣接する平板型単電池１０８同士を電気的に直列に接続し、平板型単電池１０８に燃料ガスと酸化剤ガスとを分配して供給するセパレータ１１０からなり、メッシュ状の金属１１５をセパレータ１１０と燃料極１０６との間に配置すると共に、セパレータ１１０と空気極１０４との間に接続層１１７を配置することによってセパレータ１１０と燃料極１０６、および空気極１０４とを導通させ、さらに側面にシール材１１９を設けることによって閉鎖させている。
そして、平板型固体酸化物形燃料電池１００を交互に積層し、流路１１４からそれぞれ酸化剤ガスと燃料ガスを導入し、各平板型単電池１０８の空気極１０４及び燃料極１０６の面にこれら酸化剤ガスと燃料ガスをそれぞれ接触させることによって起電力を発生させ、直列に積層した固体酸化物形燃料電池１００から出力するようになっている。
【０００５】
このとき、上記セパレータ１１０の集電面は、機械加工等により平面に形成している野に対し、平板型単電池１０８は、製作時に生じた反りや歪みを有し、この歪みは材質等の関係から機械的な加工を行なって完全な平面に修正することが困難であることから、セパレータ１１０を平板型単電池１０８に取り付けた場合、平板型単電池１０８がセパレータ１１０の集電面と面全体で接触することができず、点接触となって良好な電気的な接続状態が得られないことがある。また、上記単電池１０８を複数積層した際、締め付けの荷重がセラミック製のセパレータ１１０を介して平板型単電池１０８にかかる構造であることから、温度変動により締め付け力が変化し荷重が過大になったときには、セパレータ１１０や平板型単電池１０８が破壊してしまうことがある。さらに、変形に対処するため平板型単電池１０８を電気的に接続させる導通用の金属１１５を強固にしなければならず、これによっても平板型単電池１０８に荷重がかかってしまい、熱応力等により平板型単電池１０８の破損等を引き起こすことが考えられる。
【０００６】
このような問題点を解決するため、凸部を持つ金属板を弾性的に空気極及び燃料極に接触させ、集電と同時にセルにかかる応力を緩和する燃料電池の集電構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、集電構造として、導電性フェルトを用いる方法が提案されている（例えば、特許文献２及び３参照）。
【特許文献１】特開２００１−６８１３２号公報
【特許文献２】特開平０１−０１２４６９号公報
【特許文献３】特開平０６−２０３８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した従来の固体酸化物形燃料電池のスタック構造においては、一般に以下のような問題点がある。
（１）導電性セラミック等によるリジッドな集電ではスタックの熱分布による応力により    セルが破損することがある。
（２）金属薄板を用いた弾性接触でもセルに応力がかかりセル破損に繋がることがある。
（３）上記のような集電構造では、セルが破損しないように強度を確保するために、セル    を厚くする等の対策が必要となり、スタックが重く、大きくなる。
（４）導電性フェルトを押し付けるだけでは、熱によるフェルトの緻密化が進行しクッシ    ョン性の低下、変形によって接触不良が発生することがある。
（５）導電性フェルトを押し付けるために弾性体を挿入する方法もあるが、ＳＯＦＣの温    度環境下で安定に弾性を保持できる弾性体は非常に高価であり、またスタックの大型    化、重量増に繋がる。
【０００８】
本発明は、従来の固体酸化物形燃料電池スタックの集電構造における上記課題に着目してなされたものであって、その目的とするところは、集電体の緻密化やずれによる集電体とセル、セパレータ相互の電気的な接続不良を防止することができ、良好な導通性を発揮する集電構造を備えた固体酸化物形燃料電池スタックと共に、このようなスタックを組込んだ固体酸化物形燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、スタックの積層構造、集電体やセパレータの材料や形状、さらにはセルやセパレータとの間に形成する介在層などについて鋭意検討を重ねた結果、集電体と電極やセパレータの間を単に押し当てるだけではなく、互いに接合するようになすことによって上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００１０】
すなわち、本発明の固体酸化物形燃料電池スタックは、セルと該セルを支持する支持部を備えた複数のセル板と、上記セルの電極同士を電気的に接続するセパレータ及び集電体とを交互に積層して成るものであって、集電体とセルの電極の間及び集電体とセパレータの間の一方又は両方を、例えば溶接や接着剤によって、あるいはろう材などの溶着層を介して物理的に強固に接合した構造を有し、本発明の固体酸化物形燃料電池は、本発明の上記燃料電池スタックを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、セルやセパレータ等スタック構成部品にひずみが発生したり、集電体に緻密化や変形が発生したりしたとしても、セパレータと集電体、集電体とセルの電極とが単に押し当てられただけの接触状態ではなく、互いに物理的に接合されていることから、安定した電気的導通を得ることができ、集電ロスが軽減され、電池出力を向上することができる。
また、集電体をセルに強く押し付ける必要がなく、セルにかかる応力を軽減することができ、そのためセルの破損が防止でき、スタックの信頼性が向上する。そして、セルにかかる応力が小さいことからセルを薄く、軽くすることができ、燃料電池スタックの軽量化、小型化が可能となり、このようなスタックを適用することによって、固体酸化物形燃料電池の単位容積当たり出力の向上が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の固体酸化物形燃料電池スタックについて、さらに詳細に説明する。
【００１３】
本発明の固体酸化物形燃料電池スタックは、上記したように、複数のセル板とセパレータ及び集電体の交互積層構造を有し、集電体をセルの電極及びセパレータの一方又は両方に物理的に接合した集電構造を備えたものであって、集電体が単なる押し付けによって上記電極やセパレータと接触しているだけでなく、電極やセパレータと物理的に接合されているため、安定した電気的導通を確保することができる。
なお、本発明において、セル板とは、固体酸化物電解質を両電極で挟持して成る１個又は複数のセル（単セル）をセパレータ及び集電体と交互積層するのに便利なように、フレーム状の支持部によって支持した構造のものを意味し、上記支持部としては、セル構造と別体のもののみならず、電解質材料から成る支持基板の両面に電極層がそれぞれ形成されていて電解質が支持部を兼ねているもの（電解質支持型）や、電極材料（例えば燃料極材料）から成る支持基板上に電解質層及び他方の電極層（空気極層）が形成されていて電極が支持部を兼ねているもの（電極支持型）をも含むことになる。
【００１４】
上記集電体としては、その柔軟性、弾力性、通電性、接合性などの点から金属フェエルトを使用することが望ましく、当該集電体は電極及びセパレータの両方に接合されていることが好ましいことは言うまでもない。いかし、例えば金属同士の接触の場合には、接触抵抗がさほど高くはならないことから、必ずしも両方に接合されていなくても、一方のみが物理的に接合されていさえずれば、他方の接触状態が確保されている限り、相応の効果を得ることができる。
【００１５】
ここで、「物理的に接合」とは、例えば、溶接や接着、ろう接などによる強固な接合を意味する。
溶接とは、被接合材同士を互いに溶け合わせて直接的に接合させるものであって、例えば集電体とセパレータとの接合に、抵抗溶接やレーザ溶接、スポットアーク溶接などを適用することができる。
【００１６】
また、接着に用いる接着剤としては、導電性を備えたものであることが望ましく、例えばＰｔを主成分とする導電性ペーストを用いることができるが、このような導電性接着剤のみに制約されるものではない。
【００１７】
すなわち、セルの電極部と集電体、集電体とセパレータがそれぞれ十分に接触できていさえすれば、接着剤はかならずしも導電性を有している必要はない。また、接着材はそれ自身でスタックの構造を形成しているものではなく、集電体が高温下においてその歪や変形等によって電極やセパレータから解離することを防止できる程度の接着強度があれば十分である。
さらに、導電性ペーストの成分としても、上記したＰｔのみに限定されるものではなく、それぞれの電極側の雰囲気下において導電性を有していればよく、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｗ、あるいはこれら金属の合金等を適用することができる。
【００１８】
そして、上記した溶接及び接着に加えて、ろう接のように、通電処理や熱処理によって溶融し、電極と集電体、集電体とセパレータの間に充填され、凝固することによって両者を接合する金属を用いた溶着層によって物理的接合を行なうことも可能である。
【００１９】
このような溶着層を形成する金属としては、被接合材、この場合には電極、集電体及びセパレータを構成する材料の融点よりも低く、当該固体酸化物形燃料電池の作動温度よりも高い融点を有していることが必要であって、一般にろう材と言われるもの、例えばＰｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ等の金属や、これら金属を主成分として含有する合金を使用することができ、可能であればＡｌ、Ｓｉ、Ｃｒ等のように、溶着層の表面に強固な酸化皮膜を形成する成分を含むものが望ましい。
さらには、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｇａ等のように、その酸化物が電子伝導性を有する金属を含有していることも望ましく、これにより、溶着層がガス雰囲気（空気極側）によって酸化された場合でも導電性を保つことができるようになる。
【００２０】
このような溶着層は、例えばスパッタリング法やＥＢ蒸着などのＰＶＤ（物理気相蒸着法）処理やめっきにより単層、あるいは多層に形成することができる。
なお、溶着層を多層構造とした場合には、表面側にのみPｄ等高価であるが耐酸化性に優れた材料を多く含む層を形成することで、安価でありながら耐酸化性に優れた接合層を得ることができる
【００２１】
上記したような接着剤、あるいは溶着層による集電体とセルの電極との接合においては、接着剤あるいは溶着層を電極全面に形成することなく、電極表面に網目状に形成することが望ましく、これによって電極へのガス供給が確保されることになる。
また、このとき電極中には、接着剤あるいは溶着層中に含まれる成分の少なくとも１種が含まれていることが望ましく、接着剤あるいは溶着層中に電極材料との共通成分が存在することによって、より強固な接合が可能になる。
【００２２】
なお、上記セパレータ素材として用いられる耐熱合金は、一般に高温下においてＳｉ、Ａｌなどの酸化皮膜を表面に形成することによってその耐熱性を向上するというメカニズムを有しているが、このような酸化皮膜は、接触部における電気抵抗増大要因となる。
これに対し、本願発明においては、電気的導通が必要となる接触部を接着剤（導電性ペースト）やろう材金属から成る溶着層で被覆することになるため、酸化皮膜の成長による接触抵抗の増大が防止されることになる。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
【００２４】
（実施例１）
図１〜４は、本発明の第１の実施例を示すものであって、当該実施例に係わる固体酸化物形燃料電池スタック１は、図１（ａ）に示すように、電解質２ａを支持基板とする電解質支持型燃料電池セルを備えたセル板２と、隣接するセル板２のセル間を電気的に接続すると共に、セル板２の燃料極２ｂと空気極２ｃ間のガスを分離するセパレータ３と、上記セル板２のセルとセパレータ３の間を電気的に直列接続する集電体４とを多数枚交互に積層した構造を有している。
【００２５】
上記セル板２は、厚さ１００μｍ、１２０ｍｍ角程度の大きさのものであって、支持基板である電解質２ａの中央部に位置し、電極２ｂ及び２ｃが形成されて発電に寄与する発電部（セル）と、スタック化した際に発電部を支えると共に、ガスシール部やガス流路を形成する支持部とから成るものであって、電解質２ａの外周部がセルの支持部としても機能するようになっている。
そして、当該セル板２の支持部には、図２に示すように、４つのマニホールド、すなわち燃料ガス供給マニホールド２ｄ、空気供給マニホールド２ｅ、燃料ガス排気マニホールド２ｆ、空気排気マニホールド２ｇが形成されている。
【００２６】
電解質２ａは、８ｍｏｌ％のイットリアを添加した安定化ジルコニア（ＹＳＺ）からなるものであって、上記のように支持部を兼ねている。発電部は１００ｍｍ角程度であって、一方の面にＮｉＯ−ＹＳＺを主成分とする燃料極２ｂ、他方の面にＬＳＭ（Ｌａ１−ＸＳｒＸＭｎＯ３）を主成分とする空気極２ｃが共に厚さ５０μｍ程度の厚さに焼き付けられている。
そして、図２に示すように、これら両電極２ｂ、２ｃの上には、貴金属、例えばＰｔ粉末を主成分とする導電性ペースト（導電性接着剤）から成る接着層５が網目状に形成されている。
【００２７】
セパレータ３は、図３に示すように、厚さ５ｍｍの耐熱合金から成り、片側に深さ２ｍｍの空気流路３ａ、他方側に同じく２ｍｍ深さの燃料流路３ｂを備え、さらに外周部の燃料電池セルの支持部と重なる部分には、同様に、燃料ガス供給マニホールド３ｄ、空気供給マニホールド３ｅ、燃料ガス排気マニホールド３ｆ、空気排気マニホールド３ｇが形成され、上記セル板２の各マニホールド２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇにそれぞれ連通するようにしてある。
このセパレータ３と燃料電池セル板２を交互に積層することによって燃料電池スタック１を形成し、空気極２ｃの側に空気を、燃料極２ｂの側に空気を供給、排気するようになっている。
【００２８】
そして、当該燃料電池スタック１においては、上記セル板２の電極２ｂ、２ｃとセパレータ３を電気的に接続するために、集電体４をセルとセパレータ３の間にそれぞれ介在させている。
この集電体４は、例えば耐熱性に優れた耐熱金属の繊維を編みこんだ金属フェルトからなるものであって、セパレータ３と集電体４の間、及び集電体４とセル電極２ｂ、２ｃの間は、導電性を備えていることが望ましいことから、上記したように、Ｐｔ粉を主成分とし、耐熱性を有する接着剤である導電性ペーストからなる接着層５、６によって、図１（ｂ）に示すような状態に接合されている。
【００２９】
次に、図４（ａ）〜（ｅ）に基づいて、上記した固体酸化物形燃料電池スタック１の作製要領について説明する。
【００３０】
まず電解質材料、この例では８ＹＳＺのスラリーを用いて、ドクターブレード法によってグリーンシートを作製し、所定の大きさに切り出すと共に、各マニホールドを形成するための穴あけ加工を行い、その後焼成処理を施すことによって、厚さ１００μｍ程度の電解質基板（電解質）２ａを作製する。
次いで、図４（ａ）に示すように、この基板２ａの表裏面上にそれぞれ燃料極材料及び空気極材料をスクリーン印刷にて塗布したのち、焼成することによって燃料極２ｂ及び空気極２ｃを形成し、セル板２とする。
【００３１】
次に、図４（ｂ）に示すように、上記燃料極２ｂ及び空気極２ｃの上に、導電性ペーストをスクリーン印刷によって網目状に塗布し、接着層５を形成する。この時のペーストの塗布幅（網目幅）は、電極内でのガス拡散を疎外しない程度、すなわち電極層の厚さの２倍程度以下とすることが望ましい。
【００３２】
一方、セパレータ３は、上記したように耐熱金属を用いて、切削加工やプレス加工、エッチング加工等によって、図３及び図４（ｃ）に示すような形状に作製するが、製法については特に限定されない。
そして、図４（ｄ）に示すように、得られたセパレータ３に対しても、集電体４と接触する面に導電性ペーストを塗布し、接着剤層６を形成しておく。
【００３３】
そして最後に、セル板２、セパレータ３、及び図４（ｅ）に示す集電体４を積層した後、例えば８００℃程度で熱処理を施し、導電性ペーストを焼き付けることによって、集電体４をセル板２のセル及びセパレータ３の両方に物理的に接合することによって、図４（ｆ）に示すように、固体酸化物形燃料電池スタック１が得られる。
【００３４】
この実施例１においては、セル板２の電極２ｂ、２ｃと集電体４、集電体４とセパレータ３が導電性の接着剤で接続されていることから、スタック構成部品２、３にひずみが発生し、集電体４が変形したとしても、安定な電気的導通が得られ、集電ロスを軽減いて電池出力を向上することができる。また、集電体をセルに強く押し付けなくても電気的導通が安定に得られることから、各部材を薄肉、軽量化したとしてもスタックの信頼性を損なうことがなく、燃料電池スタックの軽量化、小型化を実現することができる。
【００３５】
なお、上記実施例においては、セル電極２ｂ、２ｃ及びセパレータ３の上にそれぞれ接着層６及び５を形成する例を示したが、接着層の形成方法は、このような方法のみに限定されるものではなく、例えば集電体４の両面に接合材を塗布したり、集電体４を接着剤にディップしたりすることによって、集電体４の両面に接着層を形成することも可能である。
【００３６】
また、上記実施例においては、電解質支持型セルを備えたセル板２を用いた例を示したが、これに限定されるものではなく、電極支持型セルにも適用することが可能である。
図５は、上記実施例に電極支持型セルを適用した例を示すものであって、この例では、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、電極（燃料極）支持型セルの外周部に、支持部として金属製のフレーム７を接合し、このセル板を上記実施例と同様に、図５（ｃ）に示すように積層した状態で、図５（ｄ）に拡大して示すように電極２ｃと集電体４、集電体４とセパレータ３とが接合されている。なお、上記支持部としてのフレーム７についても、ガス供給及び排気用のマニホールド７ｄ、７ｅ、７ｆ、７ｇが形成されている。
【００３７】
（実施例２）
図６及び７は、本発明の第２の実施例を示すものであって、当該実施例に係わる固体酸化物形燃料電池スタック１においては、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、耐熱金属フェルトからなる集電体４の全体にＰｔ合金をコーティングすることによって、集電体繊維の表面に溶着層８を形成し、この溶着層８を介して集電体４が電極２ｂ、２ｃ及びセパレータ３に接合されていることにおいて、上記第１実施例と相違している。
この実施例においては、図７に示すように、繊維表面に溶着層８があらかじめコーティングされた状態の集電体４を使用するようにしているので、そのままセパレータ３とセル板２の間に積層した状態で、熱処理をするだけで、溶着層８が溶融して電極２ｂ、２ｃ及びセパレータ３との間に入り込み、図６（ｃ）に示すようにそれぞれの部品間を接合することができ、工程の簡素化をはかることができる。また、集電体４を構成する繊維同士の接触部においても接合がなされ、集電体４の内部においても良好な電気的接続点が増加することになり、集電体自身の電気的抵抗を低減する効果をも得ることができる。
【００３８】
上記コーティングは、スパッタリング法やＥＢ蒸着等のＰＶＤ処理、あるいはめっき等によって行なうことができ、特に電解メッキを用いた場合には、その特性から集電体４の外周部に厚く成膜される傾向があるため、セパレータ４や電極２ｂ、２ｃとの接合部に効率的に溶着層８を形成することができる。
【００３９】
（実施例３）
図８は、本発明の第３の実施例を示すものであって、当該実施例においては、セル電極、例えば空気極２ｃの中に、耐熱性を有しかつ上記溶着層８にも含まれている金属であるＰｔ粉末を分散させたものであって、これ以外は上記実施例２と基本的に同じである。
このように、電極中により電子伝導性の高い金属粉が分散されることによって、電極中の電子伝導性が向上すると共に、集電体４と電極２ｃ間の接合に金属−金属の接合が介在することになり、電気抵抗が低く、かつ強固な接合が可能になる。
【００４０】
なお、上記した各実施例においては、集電体４とセパレータ３の接合、および集電体４とセル電極２ｂ、２ｃの接合は同じ手法を用いた例を示したが、必ずしも同じ接合方法を適用する必要はなく、材質や形状を考慮した最適の接合方法を採用することができる。
【００４１】
（実施例４）
図９及び１０は、本発明の第４の実施例を示すものであって、当該実施例においては、図９に示すように、セパレータ３と集電体４とが溶接によって接合され、集電体４と電極２ｂ、２ｃの間が実施例１と同様に、導電性ペーストによって接合されている。
【００４２】
図１０は、その作製手順を示すものであって、この例ではまず、セパレータ３と集電体４とを例えばスポットによって溶接する。このとき、セパレータ３及び集電体４の接触面全体を溶接しても構わないが、それぞれの電気的抵抗が低いことから、スポット状の溶接でもスタックの集電抵抗への影響はほとんどない。また、セル板２と集電体４の接合については、第１の実施例と同様に、電極２ｂ及び２ｃの表面に導電性ペーストをスクリーン印刷によって網目状に塗布して接着層５を形成したのち、これらを同様に積層し、熱処理を施して集電体４の接合を図る。
【００４３】
この実施例においては、セパレータ３と集電体４という導電性部品同士を溶接という平易な技術により接合することによって、安価に燃料電池スタック１を作製することが可能となる。また、この実施例では、電極２ｂ、２ｃとセパレータ３との接合は、接着剤を用いているがこれに限定されるものではなく、実施例２に示したように溶着層８を介して接合しても同様の効果が得られる。
このとき、ろう材金属から成る溶着層をセパレータ３の側に形成することもでき、セパレータ３と集電体４の両接合面に溶着層を形成しておくことも、必要に応じて望ましい。
【００４４】
（実施例５）
図１１〜１３は、本発明の第５の実施例を示すものである。当該実施例では、カソード（空気極）側集電構造が空気極、金属支持体、集電体が溶着層により電気的に接続され、かつ集電体がセパレータに溶接された構造となっている点が第１の実施例と相違している。
この実施例において、セル板２は、図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、４個の単セルを支持部である金属フレーム７の上に搭載すると共に、導電性接着剤から成る接着層５によってカソード電極（空気極２ｃ）を金属フレーム７に導通させている。
【００４５】
図１２に示すように、セパレータ３の表面には、柱状を成す集電体１０の一端側が溶接によって接合されており、上記金属フレーム７のカソード側面とセパレータ３に接合された上記集電体１０の間は、図１３に示すように、導電性接着剤から成る接着層５により接合されている。
また、セルのアノード電極（燃料極２ｂ）とセパレータ３の間には、金属フェルトから成る集電体４が挟持されており、図示しない導電性接着剤によって接合されている。
【００４６】
一般に、高温酸化雰囲となるカソード電極２ｃの側では、そのような条件下で柔軟性と接続部の電気抵抗を両立できる材料としては、貴金属を主成分とする金属等特殊な材料に限定され、おのずと高価なものになってしまう。しかし、当該実施例によれば、このような高価な集電材料に換えて、上記集電体１０として安価な耐酸化性の低い材料を使用することが可能となる。また、電気的抵抗を低減するために太いワイヤなど、剛性の高い部材を使用したとしてもセルへの応力は少なく、割れ、破損等の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】（ａ）本発明の固体酸化物形燃料電池スタックの第１の実施例を示す断面図である。（ｂ）図１（ａ）に示した燃料電池スタックの集電部の構造を説明する拡大断面図である。
【図２】図１に示した燃料電池スタックにおけるセル板の形状を説明する平面図である。
【図３】図１に示した燃料電池スタックにおけるセパレータの形状を説明する平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図４】図１に示した燃料電池スタックの製造手順を説明する工程図である。
【図５】図１に示した燃料電池スタックにおけるセル板を電解質支持型セルに換えた例を示す説明図である。
【図６】（ａ）本発明の固体酸化物形燃料電池スタックの第２の実施例における集電部の構造を説明する拡大断面図である。（ｂ）図６（ａ）に示した集電部の熱処理前の状態を示す説明図である。（ｃ）図６（ａ）に示した集電部の熱処理後の状態を示す説明図である。
【図７】本発明の第２の実施例に係わる燃料電池スタックの製造手順を説明する工程図である。
【図８】本発明の固体酸化物形燃料電池スタックの第３の実施例における集電部構造を説明する拡大断面図である。
【図９】本発明の固体酸化物形燃料電池スタックの第４の実施例における集電部構造を説明する拡大断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施例に係わる燃料電池スタックの製造手順を説明する工程図である。
【図１１】本発明の固体酸化物形燃料電池スタックの第５の実施例に用いたセル板の形状を説明する平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図１２】本発明の固体酸化物形燃料電池スタックの第５の実施例に用いたセパレータの形状を説明する平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図１３】（ａ）本発明の固体酸化物形燃料電池スタックの第５の実施例を示す断面図である。（ｂ）図１３（ａ）に示した燃料電池スタックの集電部の構造を説明する拡大断面図である。
【図１４】従来の内部マニホールド方式の平板型固体酸化物形燃料電池の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１    固体酸化物形燃料電池スタック
２    セル板
２ａ  電解質（支持部）
２ｂ  燃料極
２ｃ  空気極
３    セパレータ
４    集電体
５    接着層
６    接着層
７    フレーム（支持部）
８    溶着層
９    金属粉
１０    集電体
【図１】
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【図２】
2006012453.tif 000004
【図３】
2006012453.tif 000005
【図４】
2006012453.tif 000006
【図５】
2006012453.tif 000007
【図６】
2006012453.tif 000008
【図７】
2006012453.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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